CC BY
17УДК 633.8
Лекарственные растения для ЭкоКосмоДома: подбор, условия выращивания, область применения
Шахно Е.А. Зыль Н.С.
Подобраны лекарственные растения для культивирования в ЭкоКосмоДоме (ЭКД), описаны конкретные области их применения в качестве источников биологически активных веществ. Рассмотрены способы получения лечебных препаратов из трав, проанализированы методы утилизации органических растительных остатков. Предложены рецепты комбинированных экстрактов из растений для профилактики и лечения ряда заболеваний.
ЗАО «Струнные технологии», г. Минск, Беларусь
Ключевые слова:
лекарственные травы, экстракция, настойка, замкнутая биосфера.
Введение
Считается, что природа может обеспечить всем необходимым для выздоровления. Всё больше людей становятся приверженцами естественного лечения с помощью растительных препаратов. Во многом это связано с тем, что массовый и бесконтрольный приём медикаментозных средств привёл к появлению значительного числа побочных эффектов, образованию резистентности у бактерий, возникновению различных аллергических реакций [1, 2]. С древних времён растения - источники лекарственного сырья [3].
В ЭкоКосмоДоме (ЭКД) [4], т. е. в замкнутой биосфере, где не предполагается поступление веществ извне, процесс производства синтетических медикаментов окажется достаточно трудоёмким, а в некоторых случаях - неосуществимым. Например, для производства аспирина (ацетилсалициловой кислоты) используют салициловую и уксусную кислоты [5], проводят реакцию этерификации. Очевидно, что для изготовления каждого лекарственного препарата невозможно наладить полный производственный процесс.
В соответствии с вышеизложенным цель данной работы заключается в рассмотрении использования в условиях ЭКД некоторых комбинаций из растительного сырья в качестве альтернативы/дополнения традиционным лечебным средствам. Кроме того, проведена оценка возможности выращивания трав, утилизации органических остатков в замкнутой биосфере для последующего включения в биологический цикл.
Составы и способы получения жидких лекарственных средств
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения [6] нарушение функции сердечно-сосудистой системы относится к основным причинам смерти. Далее в подобном «рейтинге» следуют инфекции нижних дыхательных путей, кишечные инфекции.
Для жителей ЭКД предлагается разработать профилактические сердечные, лёгочные, желудочно-кишечные, обезболивающие наружные и обезболивающие внутренние составы, изготовленные из лекарственных растений. Важно отметить, что употребление травяных сборов противопоказано при наличии индивидуальной непереносимости компонентов. Все представленные рецепты основаны на научных данных об эффективности растений; указанные соотношения подобраны эмпирически. Оптимальная продолжительность употребления настоек - до двух недель. В ЭКД в целях экстракции лекарственного растительного сырья предпочтительно применять спирт, полученный из сахарной свёклы или картофеля.
Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний
В комплексной терапии функциональных нарушений сердечно-сосудистой деятельности предлагается использовать экстракты боярышника, мяты, пустырника, валерианы. Представим наиболее перспективные составы.
• Жидкий экстракт из листьев, ягод и цветов боярышника [7] - одно из признанных лечебных средств (рисунок 1). Благодаря богатому содержанию флавоноидов боярышник обладает кардиотоническим эффектом. В условиях ЭКД экстракт боярышника можно получать путём
Рисунок 1 - Боярышник, плоды
Рисунок 2 - Мята, общее сырьё
настаивания [8] в водной среде при температуре 37 °С в течение двух часов. В качестве альтернативы выступает спиртовая настойка, которая готовится в соотношении 1 : 10 ягод кустарника и 70-процентного этилового спирта (настаивается сутки). Разовая доза лекарственного препарата -20 капель для взрослых людей (0,5 мл).
• Комбинация мяты, боярышника, пустырника, валерианы - 1 мл данного раствора состоит из 0,05 мл настойки мяты; 0,15 мл экстракта боярышника; 0,4 мл экстракта пустырника; 0,4 мл настойки валерианы. Методы получения настойки/экстракта сведены в таблице 1.
Мята (рисунок 2) - самый широко распространённый ингредиент травяных составов [9]. Содержит биологически активные компоненты: розмариновую кислоту, флаво-ноиды (эриоцитрин, лютеолин и гесперидин). Пустырник (рисунок 3) обладает кардиотоническим действием [10]; валериана - седативным [11].
Таблица 1 - Методы получения настойки/экстракта, применяемых при сердечно-сосудистых заболеваниях
Вид настойки/экстракта Метод получения
Настойка мяты Экстракция 70-процентным этиловым спиртом 1 : 10 в течение суток
Экстракт боярышника Водная экстракция при температуре 37 °С в течение двух часов
Экстракт пустырника Экстракция 70-процентным этиловым спиртом 1 : 5 в течение суток
Настойка валерианы Экстракция 65-процентным этиловым спиртом 1 : 5 в течение суток
Рисунок 3 - Пустырник, общее сырьё
Профилактика лёгочных заболеваний
• Подорожник ланцетолистный (рисунок 4) известен отхаркивающим свойством; облегчает сухой кашель и способствует отхождению мокроты [12]. Сок подорожника ланцетолистного готовится из свежесобранного сырья. Оптимальная доза - три столовые ложки в день.
Рисунок 4 - Подорожник ланцетолистный, общее сырьё
• Состав травяного лечебного чая приведён в таблице 2. Способ приготовления: растительный сбор залить 0,5 л горячей воды, настоять два часа. Принимать по 1/2 стакана три раза в день.
Таблица 2 - Компоненты для приготовления лекарственного чая, применяемого при заболеваниях дыхательной системы (расчёт на 0,5 л воды)
Вид сырья Масса, г
Алтей, корень (рисунок 5а) 8
Ромашка аптечная, цветы (рисунок 5б) 8
Мать-и-мачеха, общее сырьё (рисунок 5в) 8
Алтей лекарственный - традиционный травяной компонент лечебных средств, которые применяются при заболеваниях верхних дыхательных путей, сопровождающихся сухим кашлем [13]. Алтей в комбинации с другим растительным сырьём усиливает полезный эффект от травяного чая. В состав цветков ромашки входят флавоноиды, кверцетин, апигенин, патулетин, лютеолин, терпеноиды [14]. Цветки мать-и-мачехи обладают противовоспалительной и антиоксидантной активностью за счёт того, что содержат сесквитерпены, фенолы, флавоноиды, алкалоиды [15].
Профилактика желудочно-кишечных заболеваний
Для данной цели предлагается использовать два вида растительных лекарственных средств, основные компоненты которых обладают доказанной эффективностью при лечении желудочно-кишечных заболеваний.
• Травяную смесь (состав приведён в таблице 3) залить кипятком, настоять в течение 12 часов. Принимать по одной чайной ложке четыре раза в день за 30 мин до еды.
Таблица 3 - Компоненты для приготовления настоя, применяемого при желудочно-кишечных расстройствах (расчёт на 1 л воды)
Вид сырья Масса, г
Подорожник ланцетолистный, листья 40
Зверобой, общее сырьё [16] 40
Золототысячник, общее сырьё [17] 20
Сушеница болотная, общее сырьё [18] 40
Аир, корень [19] 10
Перечная мята, общее сырьё 10
Спорыш, общее сырьё [20] 20
Тысячелистник, цветы [21] 15
Тмин, семена [22] 6
Рисунок 5 - Компоненты лекарственного чая: а - алтей, корни; б - ромашка, цветы; в - мать-и-мачеха, общее сырьё
В зверобое (рисунок 6а) много полезных веществ (мирцен, цинеол, растительные алкалоиды, сапонины, аскорбиновая кислота, витамины группы В), благодаря которым он обладает целебными свойствами. Золототысячник (рисунок 6б) содержит алкалоиды, горькие гликозиды, флавоноиды, тритерпеноиды, фитостерины и эфирные масла. Лечебные компоненты сушеницы болотной (рисунок 6в) -флавоноиды, хлорогеновая и кофейная кислоты, витамин С, тиамин, дубильные вещества, алкалоиды, эфирные масла. Корневища аира (рисунок 6г) имеют в своём составе
а)
б)
в)
горькие гликозиды, аскорбиновую кислоту, дубильные вещества, борнеол, эвгенол. Спорыш (рисунок 6д) - источник флавоноидов, витаминов С и К, кумаринов, дубильных веществ. Цветки тысячелистника (рисунок 6е) отличаются
большим количеством витамина К, метилбетаина, эфирных масел, сесквитерпеновых лактонов, цинеолов, борнеолов, камфоры. Семена тмина (рисунок 6ж) - кладезь жирных кислот, эфирных масел, витамина В, минералов.
а)
г)
ж)
Рисунок 6 - Сырьё: а - зверобой, общее сырьё; б - золототысячник, общее сырьё; в - сушеница болотная, общее сырьё; г - аир, корень; д - спорыш, общее сырьё; е - тысячелистник, цветы; ж - тмин, семена
• Листья лапчатки гусиной (рисунок 7) [23] содержат витамин С, дубильные вещества, флавоноиды, эфирные масла. Жидкие лекарственные формы данного растения характеризуются кровоостанавливающим, вяжущим, спазмолитическим действиями. Способ приготовления настоя: 20 г сырья залить 1 л кипятка. Норма приёма - один стакан три раза в день.
Рисунок 7 - Лапчатка гусиная, общее сырьё
Обезболивающие наружные составы
• Ягоды можжевельника (рисунок 8) отличаются богатым составом эфирных масел, витаминов, микроэлементов, монотерпенов; обладают антисептическими и антибактериальными свойствами. Способ приготовления настойки: 10 ягод можжевельника залить 70-процентным этиловым спиртом (1 л), настоять в течение суток [24].
• Мята перечная может выступать в качестве лекарственного сырья для приготовления вяжущего средства, снимающего воспаления кожи. Способ приготовления настойки: 50 г мяты залить 70-процентным этиловым спиртом (1 л), настоять в течение двух дней.
Обезболивающие внутренние составы
• Зверобой продырявленный (рисунок 6а) содержит нафтодиантроны, ксантоны, флавоноиды, флороглюцино-лы [25], применяется для лечения заболеваний пищеварительного тракта и нарушений обмена веществ, а также для изготовления безрецептурных растительных антидепрессантов. Способ приготовления настоя: 10 г высушенной и измельчённой травы заварить 1,5 стакана кипятка. Принимать внутрь по 1/3 стакана один раз в день.
• Полынь (рисунок 9) известна большой концентрацией эфирных масел (туйон, туйол, фелландрен), а также дубильных веществ, абсинтина, флавоноидов; считается отличным стимулятором аппетита. Способ приготовления настоя: 2 г измельчённой травы залить 0,5 л кипятка [26].
Рисунок 9 - Полынь, общее сырьё
Рисунок 8 - Можжевельник, ягоды
Экспериментальные образцы
Для каждого предложенного состава планируется изготовить опытные образцы из сырья, а затем методом экстракции получить жидкие лекарственные средства. В период написания данной статьи экспериментальный материал проходит тестирование (оцениваются вкусовые свойства, качественные показатели); затем при необходимости будет доработан (рисунки 10, 11).
потребность в данных лечебных препаратах, так как в течение года может потребоваться разное их количество в зависимости от заболеваемости людей. Значит, в ЭКД целесообразно иметь запас собранных и высушенных трав/ плодов для оперативного реагирования на возникновение различных болезней. Следует учесть, что срок хранения водных настоев - не более семи дней (при температуре 0-4 °С); спиртовых настоек - до трёх месяцев.
Таблица 4 - Размер площади,
предназначенной для выращивания лекарственных растений (расчёт на 100 человек)
Рисунок 10 - Образцы исследуемых комбинированных составов
Рисунок 11 - Экстракты: слева - спиртовой; справа - водный
Требования к площади и окружающей среде при выращивании растений в ЭКД
В таблице 4 приведены размеры площадей, необходимых для выращивания культур, сырьё которых будет использовано при приготовлении вышеуказанных жидких лекарственных средств. При расчёте учитывалась справочная урожайность по каждому растению [27]. Кроме того, принимался во внимание следующий важный факт: сбор урожая происходит раз в год (с дальнейшей усушкой травяного материала). Затруднительно предусмотреть точную годовую
Вид растения Описание Площадь, м2*
Боярышник Листопадное многоствольное дерево 110
Мята Многолетнее травянистое растение 10
Пустырник Многолетнее растение, куст 2 СЭ
Валериана Многолетнее травянистое растение 10
Подорожник ланцетолистный Многолетнее травянистое растение 5
Алтей Многолетнее травянистое растение 10
Ромашка Однолетнее травянистое растение 8
Мать-и-мачеха Многолетнее травянистое растение 5
Золототысячник Многолетнее травянистое растение 5
Сушеница Однолетнее травянистое растение 5
Аир Многолетнее травянистое растение 10
Спорыш Однолетнее травянистое растение 5
Тысячелистник Многолетнее травянистое растение 10
Тмин Однолетнее травянистое растение 10
Можжевельник Многолетнее хвойное растение 12
Зверобой Многолетнее травянистое растение 30
Полынь Многолетнее травянистое растение 10
' Площадь указана с учётом высадки в один ярус.
Общая площадь, необходимая для культивирования лекарственных растений на 100 человек, - 275 м2. Однако в ЭКД при использовании многоярусной высадки и проведении соответствующей оптимизации пространства можно вырастить те же культуры на площади 100 м2 и менее. Заложенная в проект высота ярусов, зависящая в том числе от типа насаждений, достаточна для того, чтобы сбор лечебной растительной продукции можно было осуществлять как при помощи автоматизированных систем, так и вручную. Общее требование к высоте ярусов: расстояние от верхней части растений до источника света составляет не менее 15-20 см. Исходя из полезных свойств лекарственных трав, считаем оправданным для их выращивания выделить в природной зоне ЭКД 100 м2 (1 м2 на каждого жителя). Оптимальные условия для произрастания выбранных культур в замкнутой системе: температура 21-25 °С, влажность 55-60 %, качественное локальное освещение интенсивностью 100 000 лк [28].
Утилизация органических остатков лекарственных трав
Основной способ утилизации органических остатков лекарственных трав (листьев, корней (сухих, сгнивших), веток) - деструкция микро- и макроорганизмами с последующим переводом всех полезных веществ в гумус (основу плодородия почвы) и дальнейшим возвратом в цикл. Таким образом растительные отходы будут переводиться в нерастворимые соли гуминовых кислот (гумус), а затем посредством анаэробных микроорганизмов - в растворимую форму, которую можно направить растениям в качестве питания [28]. Некоторые органические остатки допустимо использовать для выращивания целлюлозоразрушающих грибов.
Выводы
и дальнейшие направления исследования
Авторами предложен ряд полезных для человека трав с целью культивирования их в ЭКД; рассчитаны необходимые посевные площади. Кроме того, показаны рецептуры жидких лекарственных форм (сердечные, лёгочные, желудочно-кишечные, обезболивающие наружные и обезболивающие внутренние составы).
На момент написания статьи продолжаются эксперименты, направленные на совершенствование содержания данных лечебных препаратов (добавление новых компонентов или исключение не несущих функциональной нагрузки).
Запланировано расширить список лечебных средств на спиртовой и водной основах с учётом вышеприведённого перечня лекарственных растений: предусмотрена разработка пяти новых составов. В процессе исследований в обязательном порядке будет принято в расчёт взаимное влияние ингредиентов, в том числе их пропорции и вкусовые качества.
Литература
1. International Consensus on Drug Allergy / P. Demoly [et al.]//Allergy. - 2014. - Vol. 69, No. 4. - P. 420-437.
2. Davies, J. Origins and Evolution of Antibiotic Resistance / J. Davies, D. Davies //Microbiology and Molecular Biology Reviews: MMBR. - 2010. - Vol. 74, No. 3. - P. 417-433.
3. Sharma, V. Bioinformatics Opportunities for Identification and Study of Medicinal Plants / V. Sharma, I.N. Sarkar // Briefings in Bioinformatics. - 2013. - Vol. 14, No. 2. - P. 238-250.
4. Плахов, Д.А. Анатолий Юницкий: будущее - за общепланетарным транспортным средством / ДА. Плахов, Н.В. Время // Воздушно-космическая сфера. - 2020. -№ 4. - С. 28-41.
5. AspirinTM - Suprisingly Versatile [Electronic resource] // Bayer-Global. - Mode of access: https://www.bayer.com/ en/products/aspirin. - Date of access: 06.06.2021.
6. 10 ведущих причин смерти в мире [Электронный ресурс] // Всемирная организация здравоохранения. -Режим доступа: https://www.who.int/ru/news-room/ fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death. - Дата доступа: 06.06.2021.
7. Khan, M.G. Encyclopedia of Heart Diseases / M.G. Khan. -Amsterdam [etc.]: Elsevier, Academic Press, 2006. - 675p.
8. Валеева, А.Р. Оптимизация условий экстракции биологически активных соединений с антиоксидантными свойствами из плодов боярышника (Crataegus)/А.Р. Валеева, Н.В. Макарова, Д.Ф. Валиулина // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2019. - Т. 9, № 2. -
C. 239-249.
9. McKay, D.L. A Review of the Bioactivity and Potential Health Benefits of Peppermint Tea (Mentha piperita L.) /
D.L. McKay, J.B. Blumberg // Phytotherapy Research. -2006. - Vol. 20, No. 8. - P. 619-633.
10. Leonurus cardiaca L. as a Source of Bioactive Compounds / R.C. Fierascu [et al.]//EPARs. - 2019. - No. 2. - P1-13.
11. Essential Oil Composition, Phenolics, and Antioxidant Activities of Valeriana jatamansi at Different Phenological Stages /A.K. Jugran [et al.]// Plant Biosystems. - 2021. -Vo. 155, No. 4. - P 891-898.
12. Assessment Report on Plantago lanceolata L., Folium [Electronic resource] // European Medicines Agency. -Mode of access: https://www.ema.europa.eu/en/docu-ments/herbal-report/final-assessment-report-plantago-lanceolata-l-folium_en.pdf. - Date of access: 06.06.2021.
13. Mahboubi, M. Marsh Mallow (Althaea officinalis L.) and Its Potency in the Treatment of Cough / M. Mahboubi // Complementary Medicine Research. - 2020. -Vol. 27, No. 3. - P 174-183.
14. McKay, D.L. A Review of the Bioactivity and Potential Health Benefits of Chamomile Tea (Matricaria recutita L.) / D.L. McKay, J.B. Blumberg // Phytotherapy Research. -2006. - Vol. 20, No. 7. - P. 519-530.
15. A Review of the Ethnobotanical Value, Phytochemistry, Pharmacology, Toxicity, and Quality Control of Tussilago farfara L. (Coltsfoot)/S. Chen [et al.]//Journal of Ethno-pharmacology. - 2021. - Vol. 267. - P. 619-633.
16. New Potential Pharmaceutical Applications of Hypericum Species /M. Marrelli [et al.]//Mini Reviews in Medicinal Chemistry. - 2016. - Vol. 16, No. 9. - P 710-720.
17. Bioactivities of Centaurium erythraea (Gentianaceae) Decoctions: Antioxidant Activity, Enzyme Inhibition, and Docking Studies / L. Guedes [et al.]// Molecules. -2019. - Vol. 24, No. 20. - 3795.
18. Medicinal Plants of the Russian Pharmacopoeia; Their History and Applications / A.N. Shikov [et al.] // Journal of Ethnopharmacology. - 2014. - Vo1.154, No. 3. - P. 481-536.
19. Acorus Calamus: a Bio-Reserve of Medicinal Values / A.D. Khwairakpam [et al.]//Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology. - 2018. - Vol. 29, No. 2. -P107-122.
20. Traditional Uses of Autochthonous Medicinal and Ritual Plants and Other Remedies for Health in Eastern and SouthEastern Serbia /J.S. Matejic [et al.] // Journal of Ethnopharmacology. - 2020. - Vol. 261. - 113186.
21. Ali, S. Pharmacognosy, Phytochemistry, and Pharmacological Properties of Achillea millefolium L.: A Review / S. Ali, B. Gopalakrishnan, V. Venkatesalu // Phytotherapy Research. - 2017. - Vol. 31, No. 8. - P. 1140-2261.
22. Mahboubi, M. Caraway as Important Medicinal Plants in Management of Diseases / M. Mahboubi // Natural Product and Bioprospecting. - 2019. - Vol. 9, No. 1. -P1-11.
23. Изучение компонентного состава полифенолов травы Pentaphylloides fruticosa L. /А.Ю. Малютина [и др.]// Фармация и фармакология. - 2018. - Т 6, № 2. - С. 135-150.
24. Potential of Juniperus communis L. as a Nutraceutical in Human and Veterinary Medicine / R. Raina [et al.]// Heliyon. - 2019. - Vol. 5, No. 8. - e02376.
25. Hypericum Perforatum: Pharmacokinetic, Mechanism of Action, Tolerability, and Clinical Drug-Drug Interactions/ E. Russo [et a]//Phytotherapy Research. - 2014. - Vol. 28, No. 5. - P 643-655.
26. Tobyn, G. Artemisia absinthium, Wormwood / G. Tobyn, A. Denham, M. Whitelegg //Medical Herbs. - Edinburg [etc.]: Elsevier, Churchlll Livingstone, 2011. - P105-121.
27. Терёхин, А.А. Технология возделывания лекарственных растений //А.А. Терёхин, В.В. Вандышев. - М.: РУДН, 2008. - 201 с.: ил.
28. Юницкий, А.Э. Особенности проектирования жилого космического кластера «ЭкоКосмоДом» - миссия, цели, назначение /А.Э. Юницкий // Безракетная индустриализация космоса: проблемы?/, идеи, проекты: материал/'ы II междунар. науч.-техн. конф, Марьина Горка, 21 июня 2019 г. /Астроинженерны/е технологии; под общ. ред. А.Э. Юницкого. - Минск: Парадокс, 2019. - С. 51-59.
